\chapter{结论和展望}{Conclusion and Perspective}
\section{结论}{Conclusion}
本文主要研究了可见光通信网络的信道容量和干扰管理机制。本文的研究侧重推导同时存在峰值光功率、平均光功率和平均电功率约束时的可见光点对点信道、可见光广播信道和可见光干扰信道的可达速率闭式表达式，以及基于可达速率闭式表达式的下行MISO波束成形方案，用以减少干扰。对于所提出的方案，本文通过理论证明和数值仿真，讨论了其性质和有效性。现将本文的主要研究工作总结如下：

首先，本文在同时考虑峰值光功率、平均光功率和平均电功率约束的情况下，基于熵功率不等式以及信息论其他理论，提出了一种具有闭式表达式的可见光SISO点对点信道容量上界与下界（ABG下界），以及对应的输入分布闭式表达式（ABG分布），并证明了连续均匀分布和截断高斯分布是ABG分布特例。

在数值仿真中，本文所推出的上界与ABG下界的间隙始终很小，该间隙随着信噪比的提高而增大，随着$ \phi $的增大而增大，另一方面，ABG下界在中低信噪比时略低于现有通过最大化离散信源熵得到的信道容量下界，但是两种下界差距非常小，并且ABG下界在高信噪比时会反超。需要注意的是最大离散信源熵下界没有闭式表达式，而且不是离散点数目的单调函数，需要调整离散点数目来逼近信道容量，但求解过程需要计算阶数等于离散点数目的高阶非线性方程组，而ABG下界则具有闭式表达式，计算相对要更加容易，实用性更强。

其次对于多用户网络：可见光广播信道和可见光干扰信道， 本文在同时考虑峰值光功率、平均光功率和平均电功率约束的情况下，参照点对点信道ABG下界推导思路，分别提出了一种在SISO场景下的可达速率域内界和外界，并基于ABG分布得出了内界相应的闭式表达式（ABG内界）。

在数值仿真中，无论是可见光广播信道，还是可见光干扰信道，ABG内界都包含基于连续均匀输入分布的内界，此外ABG内界随着信噪比和$ \phi $的增加而增大，与外界间的间隙随着信噪比的改善而增大，随着$ \phi $的增加而减小。除此以外，本文还将可见光广播信道和可见光干扰信道的ABG内界和外界扩展至了相应的MISO场景，作为波束成形的理论基础。

随后，本文基于可见光MISO广播信道的ABG内界闭式表达式，设计了一种在每个用户最小传输速率约束和每个LED最大传输功率约束下的最小化发射功率波束成形方案来减少用户间的干扰，并使用半正定松弛方法将这个非凸二次约束二次规划问题转换为了可以通过内点法求解的凸半正定规划问题，给出了最优波束成形向量的求解方法。在数值仿真中，讨论了不同系统参数和情景下，总发射功率随最小传输速率约束变化的情况，总体而言，用户数目越少，用户间距离越远，LED数目越多，$ \phi $越大，信噪比越高，总发射功率越小，所设计的方案能够满足通信需求

最后，本文利用可见光MISO干扰信道的ABG内界闭式表达式，在每个用户最小传输速率约束和每个LED最大传输功率约束下，设计了两种基于最小化发射功率波束成形的多小区干扰管理方案来削弱小区间干扰。本文首先通过半正定松弛方法设计了集中式波束成形方案，并理论证明了该方案能够获得这一波束成形问题的最优解。为了减少小区间信息交互带来的开销，本文又通过交替方向乘子法将这种集中式波束成形方案等价转化为了一种分布式协作波束成形方案，并能够保证收敛于集中式波束成形方案。

在数值仿真中，首先讨论了不同系统参数和情景下，集中式波束成形方案总发射功率随最小传输速率约束变化的情况总体而言，传输对数目越少，接收机间距离越远，LED数目越多，$ \phi $越大，信噪比越高，总发射功率越小，所设计的方案能够满足通信需求，需要说明的是由于分布式协作波束成形方案等价于集中式波束成形方案，上述结论对于分布式协作波束成形方案同样成立；然后本文验证了分布式协作波束成形方案能够快速收敛，并对比了本文的分布式协作波束成形方案和非协作波束成形方案总发射功率随最小传输速率约束变化的情况，本文提出的方案总发射功率要低于非协作波束成形方案的发射功率。
\section{展望}{Perspective}
本文主要研究了可见光点对点信道、广播信道和干扰信道的信道容量，以及可见光广播信道和可见光干扰信道的波束成形。虽然本文提出了具有闭式表达式的信道容量理论界，并以此为基础设计了可见光广播信道和可见光干扰信道的波束成形方案，为可见光通信的进一研究提供了理论基础，但是这些研究工作尚有很多不足之处，同时有关领域内还存在许多开放问题，有待在未来加以研究和讨论。现将这些问题归纳总结如下：
\begin{enumerate}
\item 可见光点对点信道、广播信道和干扰信道的准确信道容量及其输入分布。本文虽然给出了相应的可达速率闭式表达式，但是仍然只是一种近似，最大化信源熵不一定导致于最大化互信息，准确的信道容量及其输入分布可以进一步使得可见光通信系统设计和分析更加准确可靠；
\item 将ABG分布及其可达速率扩展至扩展至点对点信道的MISO和MIMO场景，以及广播信道和干扰信道的MIMO场景。这其中主要的阻碍是可见光信道采用IM/DD调制方式，丢失了相位信息，而导致信道矩阵严重缺秩，即信道间具有高相关性，传统无线通信中信道分解方法难以适用；
\item 可见光MIMO性能的优化。由于可见光信道具有高相关性，使得目前可见光MIMO难以获得较高的空间增益；
\item 可见光干扰广播信道的信道容量分析，以及同时考虑用户间干扰和小区间干扰的干扰管理机制。蜂窝网络是一种典型的干扰广播信道，而这也是可见光通信应用中不可或缺的一种网络形式；
\end{enumerate}